2018-9-28
無法因式分解或配方時,常使用作商法:
已知$a,b$是正數,求證$a^{a} b^{b}\geq a^{b}b^{a}$,當且僅當$a=b$時,等號成立。
證明:作商如下
\[
\frac{a^{a}b^{b}}{a^{b}b^{a}}=\frac{a^{a-b}}{b^{a-b}}=\left( \frac{a}
{b}\right) ^{a-b}
\]
由對稱性,不妨設$a\geq
b$(交換$a,b$
的位置,不等式不變),則$\frac
{a}{b}\geq1$且$a-b\leq0$。
函數$y=\left( \frac{a}{b}\right) ^{x}$在$
\mathbb{R}
$上是遞增函數,則
\[
\left( \frac{a}{b}\right) ^{a-b}\geq\left( \frac{a}{b}\right) ^{0}=1
\]
從而
\[
\frac{a^{a}b^{b}}{a^{b}b^{a}}\geq1\Rightarrow a^{a}b^{b}\geq a^{b}b^{a}
\]
原不等式得證,當且僅當$a=b$
時,不等式成立。
反思:若$a\lt b$,則$\frac{a}{b}\lt 1$且$a-b\lt 0$。
函數$y=\left( \frac{a}{b}\right) ^{x}$在$
\mathbb{R}
$
上是遞減函數,同樣有
\[
\left( \frac{a}{b}\right) ^{a-b}\gt \left( \frac{a}{b}\right) ^{0}=1
\]